陳春安, 陳立揚(yáng), 周晨靜

(1.廣州市交通規(guī)劃研究院有限公司, 廣州 510030;2.廣州市城市建設(shè)開發(fā)有限公司, 廣州 510623;3.廣州大學(xué) 土木工程學(xué)院, 廣州 510006)

0 引言

城市道路有限空間資源與私家車需求不斷增長是產(chǎn)生城市交通擁堵問題的致因,優(yōu)先發(fā)展大容量公共交通是暢通城市的必要手段. 由此“公交優(yōu)先”戰(zhàn)略是我國大體量、高密度人口城市解決交通問題的核心策略,其中公交專用道保障公交具有專用路權(quán),是實(shí)現(xiàn)大容量交通快速通行的路權(quán)保障[1],也是實(shí)現(xiàn)城市韌性交通高通量要求的重要舉措[2]. 公交專用道建設(shè)也是我國“公交都市”建設(shè)評價(jià)指標(biāo)的重要內(nèi)容,我國多數(shù)城市均出臺(tái)公交專用道設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)要求[3-4],規(guī)范了公交專用道的鋪設(shè)方法. 以廣州市為例截止2023年底建設(shè)公交專用道約620 km,起到了良好的通勤服務(wù)功能. 如何保證公交專用道實(shí)際運(yùn)行效果是公交專用道系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容之一,朱琳等[5]應(yīng)用仿真技術(shù)從公交專用道布設(shè)形式上分析其通行效率,陳炯迪等[6]應(yīng)用微觀仿真工具從信號(hào)控制優(yōu)化的角度研究信號(hào)交叉口公交車道效率提升方法,YE 等[7]應(yīng)用微觀仿真技術(shù)從公交專用道里程長度角度分析公交專用道與社會(huì)車輛交互影響,林坤[8]等應(yīng)用微觀仿真技術(shù)從交通流飽和狀態(tài)的角度分析公交專用道的運(yùn)營效率,同樣俞山川[9]提出構(gòu)建完善的稽查與違規(guī)占用懲罰體系. 其中,從管理上設(shè)置稽查系統(tǒng)與違規(guī)占用公交專用道的懲罰體系是較為直觀有效的路權(quán)保障方法. 存在實(shí)際問題是公交專用道稽查系統(tǒng)通常借用通道上立交橋、公交站等設(shè)施布設(shè)稽查攝像頭,難以實(shí)現(xiàn)稽查全覆蓋. 由此,通勤高峰期間,社會(huì)車輛行駛車道(簡稱“社會(huì)車車道”)較為擁堵條件下,會(huì)有部分私家車借用公交專用道,并在下一稽查點(diǎn)位前再次匯入社會(huì)車輛運(yùn)行車道的情形. 本文以該類行為對道路整體通行效率造成影響為出發(fā)點(diǎn),應(yīng)用微觀仿真技術(shù)設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)開展具體研究工作.

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)思路

微觀交通仿真技術(shù)是公交專用道效率測評與設(shè)置考量的常用分析技術(shù),本次研究采用Vissim仿真平臺(tái)開展整體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì).

在社會(huì)車車道服務(wù)水平等級(jí)較高、暢通運(yùn)行條件下,由于管理法規(guī)的制約社會(huì)車輛并不會(huì)占用公交專用道. 但是在社會(huì)車道運(yùn)行速度低于期望車速、車道高負(fù)荷運(yùn)行、出現(xiàn)排隊(duì)現(xiàn)象時(shí),部分社會(huì)車輛將會(huì)在稽查盲區(qū)占用公交專用道. 由此,本研究選取常見單向3車道快速路為模擬場景,其中最左側(cè)1條車道為公交專用道,右側(cè)2條車道為社會(huì)車車道;實(shí)驗(yàn)基本交通條件為快速路期望車速為80 km/h,社會(huì)車車道交通需求1 800 pcu/h(飽和度為0.9),且出現(xiàn)低速瓶頸區(qū)(運(yùn)行速度為30 km/h)而造成交通擁堵;實(shí)驗(yàn)考查內(nèi)容為一定占比數(shù)量的社會(huì)車輛借用公交專用道,并在1 km后稽查點(diǎn)位置前再次匯入社會(huì)車車道,以社會(huì)車車道單位時(shí)間內(nèi)疏導(dǎo)完成的交通流量為指標(biāo)衡量借用公交車道車輛對整體社會(huì)車運(yùn)行的影響.

1.2 實(shí)驗(yàn)方案

按照上述實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路,本研究實(shí)驗(yàn)場景示意圖如圖1所示. 該場景中有1 km長度路段為車輛正常行駛路段,車輛通行需求量記為Q,在這1 km前有一定比例(記為α)的社會(huì)車輛駛?cè)牍粚Ｓ玫?并在稽查抓拍區(qū)前固定位置匯出公交專用道駛?cè)肷鐣?huì)車車道. 需要記錄社會(huì)車車道單位時(shí)間內(nèi)能疏導(dǎo)的交通流量(記為Δq)作為α比例借用公交專用道車輛產(chǎn)生影響的度量指標(biāo).

圖1 實(shí)驗(yàn)場景示意圖

2 實(shí)驗(yàn)運(yùn)行

2.1 微觀仿真模型參數(shù)設(shè)置

微觀仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中車輛運(yùn)動(dòng)通常包括自由運(yùn)動(dòng)、跟馳運(yùn)動(dòng)、換道運(yùn)動(dòng)3種駕駛行為類型,各類駕駛行為模型參數(shù)有效標(biāo)定是應(yīng)用微觀仿真平臺(tái)的前提. 周晨靜等[10-13]基于最大程度減少微觀仿真參數(shù)標(biāo)定數(shù)量以減少標(biāo)定結(jié)果不確定性的思想,圍繞微觀交通仿真模型參數(shù)標(biāo)定開展系列研究工作,證實(shí)“對微觀仿真模型參數(shù)進(jìn)行全局與局部分類,工程實(shí)測確定全局參數(shù),智能尋優(yōu)確定局部參數(shù)”方法的有效性. 針對Vissim仿真平臺(tái)其自由運(yùn)動(dòng)、跟馳運(yùn)動(dòng)與換道運(yùn)動(dòng)行為參數(shù)達(dá)20余個(gè),在本次研究中借鑒以往研究成果[11-12],設(shè)置車輛期望加速度變化曲線如圖2所示、車輛期望減速度曲線如圖3所示,同時(shí)設(shè)置車輛跟馳與換道行為參數(shù)如表1所示.

表1 微觀駕駛行為參數(shù)選取表

圖2 車輛期望加速度變化曲線設(shè)置

圖3 車輛期望減速度變化曲線設(shè)置

2.2 交通流參數(shù)設(shè)置與實(shí)驗(yàn)

在交通流條件設(shè)置上,具體為設(shè)置社會(huì)車車道斷面流量Q為3 600 pcu/h,車輛期望車速為80 km/h;社會(huì)車輛運(yùn)行1.2 km后遇到一個(gè)長度為50 m的限速瓶頸區(qū),車流運(yùn)行速度降低至30 km/h;公交專用道中公交車發(fā)車頻率為1輛/10 min公交車輛,公交車期望車速亦為80 km/h;設(shè)置Q*α輛社會(huì)車輛借用公交專用道,并在稽查抓取區(qū)前固定位置并道,重新回到社會(huì)車車道,其中α取值分別為0%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10% 11個(gè)水平;在瓶頸段結(jié)束位置設(shè)置數(shù)據(jù)檢測器,以60 s為單元統(tǒng)計(jì)疏導(dǎo)交通流量. 由此. 分析不同公交專用道借用車輛數(shù)量條件下,社會(huì)車車道疏導(dǎo)交通輛的變化.

每次仿真實(shí)驗(yàn)仿真運(yùn)行3 900 s,每組交通流參數(shù)分別選取5個(gè)隨機(jī)種子開展實(shí)驗(yàn),共開展11×5=55組仿真實(shí)驗(yàn),各組實(shí)驗(yàn)結(jié)果取均值得到11組仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示.

表2 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

3 結(jié)果分析

通過以上仿真實(shí)驗(yàn)得到不同數(shù)量社會(huì)車輛借用公交專用道通行條件下的社會(huì)車車道疏導(dǎo)車流的變化數(shù)據(jù),具體數(shù)據(jù)如圖4所示. 分析圖中數(shù)據(jù)趨勢可得出不同借道車流比例下最大釋放流量具有一定差異,且當(dāng)借道車流比例高于一定閾值時(shí),影響程度有減弱的趨勢.

圖4 仿真結(jié)果示意圖

為細(xì)化分析,選取第60、1 260、2 400、3 600 s 4個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)分析不同借道數(shù)量下的社會(huì)車車道疏導(dǎo)能力曲線如圖5所示,圖中縱坐標(biāo)記錄的是不同時(shí)間內(nèi)的累積疏導(dǎo)交通流量變化趨勢. 由于不同時(shí)間疏導(dǎo)交通量的量級(jí)存在差異,為更好揭示借道車輛對整體交通流的影響,本次研究以10%比例的借道車輛疏導(dǎo)交通量作為基數(shù),每一時(shí)段其他比例條件下疏導(dǎo)交通流與之做除法運(yùn)算,得到結(jié)果如圖 6所示.

圖5 公交專用道借用車輛不同比例下社會(huì)車車道疏導(dǎo)交通流變化趨勢圖

從圖6分析可知借用公交專用道社會(huì)車輛數(shù)量從小到大變化時(shí),社會(huì)車輛車道疏導(dǎo)交通流呈現(xiàn) 2個(gè)階段的變化,第1個(gè)階段是隨著借用公交專用道社會(huì)車數(shù)量的增加,社會(huì)車輛車道疏導(dǎo)交通流能力降低,說明個(gè)體車輛借用公交專用道通行在獲得個(gè)體通行效益提升,但會(huì)對社會(huì)車總體車流帶來負(fù)面影響;第2個(gè)階段是隨著借用公交專用道車輛數(shù)量進(jìn)一步增加,社會(huì)車輛車道疏導(dǎo)能力趨于穩(wěn)定,源于不論是借道社會(huì)車輛還是正常通行社會(huì)車輛均處于飽和狀態(tài),車流疏導(dǎo)能力均較小.

圖6 公交專用道借用車輛不同比例下社會(huì)車車道疏導(dǎo)交通流比率變化趨勢

研究進(jìn)一步將所有時(shí)段數(shù)據(jù)比值化處理(以10%借用公交專用道流量條件下的疏導(dǎo)交通量為底數(shù),其他做除法運(yùn)算),并取每一個(gè)時(shí)段的均值作為不同借用公交專用道車流比例下社會(huì)車輛車道疏導(dǎo)交通流相對能力,結(jié)果如圖7所示. 由圖可看出借用公交專用道車輛數(shù)越多對社會(huì)車輛整體通行越不利. 在本次實(shí)驗(yàn)中4%是1個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn),意味著小于4%比例條件下,單體車輛借用公交專用道能帶來個(gè)體效益的提升,雖然對整體車流有一定負(fù)面影響;但當(dāng)公交專用道借用車流過高時(shí)個(gè)體效益也將不再存在.

圖7 不同借道比例下的社會(huì)車整體疏導(dǎo)相對能力

4 結(jié)論

公交專用道一直是社會(huì)爭論的焦點(diǎn),社會(huì)車輛借用公交專用道通行,快速實(shí)現(xiàn)通行功能,不再占用社會(huì)車輛車道資源,是公交專用道資源共享的基礎(chǔ). 但是通過本次實(shí)驗(yàn)研究可得出,社會(huì)車輛車道交通流的飽和狀態(tài)是影響借道車輛能否回歸的重要制約,需要綜合考量. 個(gè)體車輛借用公交專用道實(shí)現(xiàn)個(gè)人利益的最優(yōu),但該類車輛會(huì)對社會(huì)車整體車流通行帶來負(fù)面影響,甚至加快、加重交通擁堵情形. 在本次實(shí)驗(yàn)條件下,如果有4%比例的社會(huì)車車道交通需求借道通行,將對整體車流產(chǎn)生較大負(fù)面影響. 由于時(shí)間和精力,本研究并未前面開展不同流量需求下的研究工作,未來可用仿真方法進(jìn)一步探討.